JPH08102564A

JPH08102564A - 波長変換レーザ装置

Info

Publication number: JPH08102564A
Application number: JP23800894A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Yoshioka; 善文吉岡; Tomohito Akita; 智史秋田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1996-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】出力光強度が安定し、低ノイズ出力であると
ともに、スペクトルを単一モードにすることが可能な波
長変換レーザ装置を提供する。【構成】半導体レーザ１から発したレーザ光がコリメ
ータレンズ２によって平行光線とされた後、フォーカシ
ングレンズ３によって収束され、固体レーザ媒質４を励
起し、固体レーザ媒質４がファブリペロー共振器内に配
置されているので、レーザ発振を起こす。このとき、同
様に共振器内に配置された非線形光学結晶５中において
第２高調波が発生し、Ｎｄ：ＹＡＧ１０６４ｎｍレーザ
の第２高調波である５３２ｎｍのグリーンレーザを発振
させる。そして、厚さの異なる平行平面基板７、８のそ
れぞれの基板角度を調整して、モードを利得に合わせる
と、低ノイズで、単一モードスペクトルのレーザ出力が
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば光通信、光計
測、光メモリあるいはカラーディスプレイ等において光
源として利用することができる波長変換レーザ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】波長変換レーザ装置として、固体レーザ
媒質と非線形光学結晶を内部に配置したファブリペロー
共振器を用いて構成し、非線形光学結晶中において発生
する第２高調波を利用することにより波長変換を行う方
式のものがあり、ＹＡＧレーザ等から発する赤外線領域
又は赤色レーザ光の波長を非線形光学結晶によって変換
し、緑色や青色の短波長のレーザ光を得ることができる
ので、このような波長変換レーザ装置をレーザディスク
や光通信の光源として利用すれば、記録密度や通信容量
が向上するという効果が期待できる。

【０００３】この固体レーザ媒質と非線形光学結晶を内
部に配置したファブリペロー共振器を用いて構成した従
来の波長変換レーザ装置を図９により説明する。

【０００４】図９は５３２ｎｍのグリーンレーザを発振
させる従来の波長変換レーザ装置であり、励起光源とし
ての波長８１０ｎｍの半導体レーザ１と、コリメータレ
ンズ２と、フォーカシングレンズ３と、固体レーザ媒質
４の片端面とともにファブリペロー共振器を構成する出
力ミラー６と、その共振器内に配置された固体レーザ媒
質４、非線形光学結晶５とから構成される。ここで、励
起光源として半導体レーザを使用しているのは、ランプ
を励起光源とする場合に比べ、発熱が少なく大幅に小型
化できるとともに、信頼性や寿命の点でも有利だからで
ある。また、固体レーザ媒質４としては例えば幅１０ｍ
ｍのＮｄ：ＹＡＧ結晶が、非線形光学結晶５としてはＫ
ＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）結晶が用いられる。

【０００５】この波長変換レーザ装置では、半導体レー
ザ１から発したレーザ光がコリメータレンズ２によって
平行光線とされた後、フォーカシングレンズ３によって
収束され、固体レーザ媒質４を励起する。この固体レー
ザ媒質４は、その片端面と出力ミラー６からなるファブ
リペロー共振器内に配置されているので、励起されると
レーザ発振を起こす。このとき、同様に共振器内に配置
された非線形光学結晶５中において第２高調波が発生
し、Ｎｄ：ＹＡＧ１０６４ｎｍレーザの第２高調波であ
る５３２ｎｍのグリーンレーザを発振させる。これによ
り波長変換が行われ、短波長化したレーザ光が出力ミラ
ー６を通過してレーザ装置の外部へ出力される。

【０００６】このとき、それぞれの結晶および出力ミラ
ー面には、波長８１０ｎｍ、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ
に対して以下のように高反射膜と低反射膜のコーティン
グが施されている。なお、−は無関係であり、任意の反
射率でよい。

【０００７】

【表１】

【０００８】従来の波長変換レーザ装置は上記のように
構成されているが、このような波長変換レーザ装置は、
誘導放出が起こるスペクトル領域を光共振器を用いて発
振させるということが根本的原理であり、誘導放出の利
得領域で光共振器内に定在波が存在している場合のみ、
レーザー発振という現象が起こる。通常共振器内に存在
する定在波の間隔よりもレーザー利得領域の方が大きい
ためにマルチモード発振となり、共振器内に複数の基本
波モードが存在し、その和調波が生じるため、第２高調
波が変調されてノイズの原因になるという問題点があっ
た。すなわち、図９の波長変換レーザ装置は図１０に示
すようなスペクトルを示し、半値幅が０．２ｎｍ位であ
り、縦モードと思われる複数の発振線が観測される。

【０００９】このため、ファブリペロー共振器の中にエ
タロンを配置することにより、単一縦モードにすること
が提案されている。

【００１０】エタロンは図１１に示すように、一枚の板
の両端面が高精度に平行度を保たれ、両面とも一部透過
のコーティングが施されたもので、波長フィルターの一
種であり、その透過率が最大となる周波数間隔、即ち、
自由スペクトル間隔（モードが存在し得る波長間隔）は
下式で表される。

【００１１】Δν＝Ｃ₀／２ｎｌｃｏｓθ ただし、Ｃ₀は真空中での光速、ｎは平面板の屈折率、
ｌは平面板の厚さ、θは平面板に入射する光の入射角で
ある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ファブ
リペロー共振器の中にエタロンを配置することにより、
ノイズを低減することができるが、例えば、エタロンと
して１ｍｍ厚の平行平面基板を用いた場合、１０６４ｎ
ｍ付近での自由スペクトル間隔は０．３９ｎｍとなる。
したがって、基板の角度を調整して利得のピーク、例え
ば、１０６４．３ｎｍに合わせた場合、１０６３．９１
及び１０６４．６９ｎｍ近辺にもモードが存在し、発振
レーザのスペクトルは図１２のようになる。このように
１ｍｍ厚基板一枚の場合、サイドピークが存在する場合
が多く、この状態では、サイドピークが大きくなった
り、小さくなったりして、そのゆらぎが出力を不安定に
するので、出力を安定させることが困難であるという問
題がある。

【００１３】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、出力光強度が安定し、低ノイズ出力で
あるとともに、スペクトルを単一モードにすることが可
能な波長変換レーザ装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の波長変換レーザ装置は、図１の本発明の実
施例を用いて説明すると、半導体レーザ１からのレーザ
光によって励起される固体レーザ媒質４と非線形光学結
晶５を内部に配置したファブリペロー共振器を用いて構
成される波長変換レーザ装置において、共振器内に幅の
異なる複数のエタロン７、８を配置したことを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】幅の異なるエタロンとして１ｍｍ厚と０．５ｍ
ｍ厚の２枚の平行平面基板を用いた場合、１０６４ｎｍ
付近でのそれぞれの自由スペクトル間隔（モードが存在
し得る波長間隔）は０．３９ｎｍ、０．７８ｎｍとな
る。０．５ｍｍ厚基板だけをファブリペロー共振器の中
に配置すると、０．５ｍｍ厚基板の自由スペクトル間隔
は０．７８ｎｍであるので、基板の角度を調整してモー
ドを利得に合わせると、発振スペクトルは図２のように
なり、サイドピークは発生しない。これにより、０．５
ｍｍ厚基板１枚によってモードを一つにすることにでき
るが、０．５ｍｍ厚基板１枚だけでは図２の発振スペク
トルが示すようにマルチモードになる。これは、縦モー
ドが０．０４ｎｍ前後の間隔で存在しているのに対し、
図３に示すように、０．５ｍｍ厚基板１枚の透過曲線の
線幅が大きいいため、共振器の縦モードがマルチで存在
してしまうためである。一方、１ｍｍ厚の基板の透過曲
線は図４に示すように線幅が狭く、縦モードの発生は少
い。したがって、縦モードの発生が少い１ｍｍ厚基板と
サイドピークの発生が少ない０．５ｍｍ厚基板を組み合
わせることによって、安定した単一モード発振が可能と
なる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の波長変換レーザ装置の実施例
について説明する。

【００１７】図１は５３２ｎｍのグリーンレーザを発振
させる波長変換レーザ装置の実施例であり、励起光源と
しての波長８１０ｎｍの半導体レーザー１と、コリメー
タレンズ２と、フォーカシングレンズ３と、固体レーザ
ー媒質４の片端面とともにファブリペロー共振器を構成
するミラー５と、その共振器内に配置された幅１０ｍｍ
の固体レーザ−媒質４、非線形光学結晶６からなる図９
の基本的構成に加えて、エタロンとしての１ｍｍの厚さ
のコーティングの施されていない平行平面基板と０．５
ｍｍの厚さのコーティングの施されていない平行平面基
板８が追加されている。

【００１８】この波長変換レーザ装置では、図９の波長
変換レーザ装置と同様に、半導体レーザ１から発したレ
ーザ光がコリメータレンズ２によって平行光線とされた
後、フォーカシングレンズ３によって収束され、固体レ
ーザ媒質４を励起し、固体レーザ媒質４がファブリペロ
ー共振器内に配置されているので、レーザ発振を起こ
す。このとき、同様に共振器内に配置された非線形光学
結晶５中において第２高調波が発生し、Ｎｄ：ＹＡＧ１
０６４ｎｍレーザの第２高調波である５３２ｎｍのグリ
ーンレーザを発振させる。そして、平行平面基板７、８
のそれぞれの基板角度を調整して、モードを利得に合わ
せると、図５に示すような発振スペクトルが得られる。

【００１９】これにより、高周波ノイズがほとんどな
く、出力変動も小さいグリーンレーザ光を得ることがで
きる。

【００２０】次に、ブルーレーザーについての実施例を
図６により説明する。図６は４７３ｎｍのブルーレーザ
を発振させる波長変換レーザ装置の実施例であり、図１
のグリーンレーザを発振させる波長変換レーザ装置と構
成が異なる点は、固体レーザ媒質１４として幅１ｍｍの
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を使用し、非線形光学結晶５としてＫ
ＮｂＯ³結晶を使用している点と、１ｍｍの厚さの平行
平面基板７を除去している点である。

【００２１】この波長変換レーザ装置では、図１の波長
変換レーザ装置と同様に、半導体レーザ１から発したレ
ーザ光がコリメータレンズ２によって平行光線とされた
後、フォーカシングレンズ３によって収束され、幅１ｍ
ｍの固体レーザ媒質４を励起し、ファブリペロー共振器
内でレーザ発振を起こす。このとき、同様に共振器内に
配置された非線形光学結晶５中において第２高調波が発
生し、Ｎｄ：ＹＡＧ９４６ｎｍレーザの第２高調波であ
る４７３ｎｍのブルーレーザを発振させる。これにより
波長変換（短波長化）が行われ、短波長化したレーザ光
が出力ミラー６を通過してレーザ装置の外部へ出力され
る。

【００２２】このとき、平行平面基板８を挿入しない状
態ではこのブルーレーザーは図７に示すようなスペクト
ルを示すが、共振器内に平行平面基板８を挿入し、その
角度を調整して発振線を１本にすると、図８に示すよう
なスペクトルが得られる。このとき、パワーは約３０ｍ
Ｗに減少したが、特定周波数でのピーク値は約２倍とな
っている。

【００２３】このブルーレーザの場合、平行平面基板は
一つであるが、これはレーザ媒質であるＮｄ：ＹＡＧ結
晶として厚さが１ｍｍのものを用いているので、これが
１ｍｍ厚基板と同様な役割を果たし、上記グリーンレー
ザと同様な結果を得ることができる。グリーンレーザは
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶として厚さが１０ｍｍのものを用いて
いるが、これは薄くすると、パワーが激減してしまうの
で、ブルーレーザの場合と同じ原理を用いることができ
ない。ブルーレーザはＮｄ：ＹＡＧ結晶の厚さが１ｍｍ
のものでも十分発振し、長くすると光が吸収されるの
で、かえってパワーが減る可能性が高い。

【００２４】なお、上記実施例ではエタロンとしてコー
ティングなしの合成石英板を用いたが、２枚のお互いに
平行な一部透過ミラーで構成され、一枚の板の両端面は
高精度に平行度が保たれ、両面とも一部透過のコーティ
ングが施されたエタロンを用いることもできる。しか
し、コーティングなしの合成石英板を用いる方が、コー
ティングによる吸収や反射率が高いために起こるレーザ
パワーの損失がないため、パワーのロスが小さい状態で
単一縦モード化でき、また、蒸着等の作業を省く事がで
きるので、コスト的に非常に有利である。

【００２５】さらに、上記実施例では固体レーザー媒質
としてＮｄ：ＹＡＧ結晶を用いたが、その他の結晶を選
択することで数百ｎｍ〜数μｍの基本波が選択可能であ
る。また、上記実施例ではＳＨＧ素子となる非線形光学
結晶としてＫＴＰ結晶、ＫＮｂＯ₃を用いたが、ＢＢＯ
結晶等の他の結晶を用いてもよい。

【００２６】また、上記実施例では０．５ｍｍと１．０
ｍｍ厚の平行平面基板及び０．５ｍｍ厚の平行平面基板
と１．０ｍｍ厚のＮｄ・ＹＡＧ結晶を用いたが、それ以
外の厚さの組合わせ、例えば０．８〜１．６ｍｍ及び
０．４〜０．８ｍｍの範囲内の組合わせによっても同様
な効果を得ることができる。

【００２７】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく特許請求の範
囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行
うことが可能である。本発明の変更実施態様を下記に例
示する。

【００２８】（１）固体レーザ媒質と非線形光学結晶を
内部に配置したファブリペロー共振器を用いて構成され
る波長変換型グリーンレーザ装置において、共振器内に
幅の異なる複数のエタロンを配置したことを特徴とする
波長変換型グリーンレーザ装置。

【００２９】（２）固体レーザ媒質と非線形光学結晶を
内部に配置したファブリペロー共振器を用いて構成され
る波長変換型ブルーレーザ装置において、厚さの薄い固
体レーザ媒質を用いるとともに、この固体レーザ媒質の
厚さよりも薄いエタロンを共振器内に配置したことを特
徴とする波長変換型ブルーレーザ装置。

【００３０】（３）固体レーザ媒質と非線形光学結晶を
内部に配置したファブリペロー共振器を用いて構成され
る波長変換レーザ装置において、共振器内に幅の異なる
複数のコーティングを施さない平行平面基板を配置した
ことを特徴とする波長変換レーザ装置。

【００３１】

【発明の効果】本発明の波長変換型レーザ装置は上記の
ように構成されており、厚さの異なる２枚のエタロンに
よって縦モードの発生とサイドピークの発生が抑制され
るため、出力光強度が安定し、低ノイズ出力のレーザを
得ることができ、さらに、スペクトルが単一モードであ
るので、狭帯域レーザとなり、レーザ応用計測、光情報
記録再生等に大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波長変換型レーザ装置の一実施例を示
す図である。

【図２】波長変換型レーザ装置の発振スペクトル線を示
す図である。

【図３】０．５ｍｍ厚基板の透過曲線を示す図である。

【図４】１ｍｍ厚基板の透過曲線を示す図である。

【図５】波長変換型レーザ装置の発振スペクトル線を示
す図である。

【図６】本発明の波長変換型レーザ装置の他の実施例を
示す図である。

【図７】波長変換型レーザ装置の発振スペクトル線を示
す図である。

【図８】波長変換型レーザ装置の発振スペクトル線を示
す図である。

【図９】従来の波長変換型レーザ装置を示す図である。

【図１０】波長変換型レーザ装置の発振スペクトル線を
示す図である。

【図１１】エタロンの構成を示す図である。

【図１２】波長変換型レーザ装置の発振スペクトル線を
示す図である。

【符号の説明】１半導体レーザ２コリメータレンズ３フォーカシングレンズ４固体レーザ媒質５非線形光学結晶６出力ミラー７平行平面基板８平行平面基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体レーザ媒質と非線形光学結晶を内部
に配置したファブリペロー共振器を用いて構成される波
長変換レーザ装置において、共振器内に幅の異なる複数
のエタロンを配置したことを特徴とする波長変換レーザ
装置。